Влияние параметров фотодиодной регистрации на метрологические характеристики в атомно-эмиссионной цифровой спектрографии

Савинов С.С.

Санкт-Петербургский Государственный Университет,

Санкт-Петербург, Россия.

Аспирант 1г.

[email protected]

Научный руководитель: Дробышев А.И.

В последние 20 лет в атомно-эмиссионном спектральном анализе широкое распространение в качестве регистрирующего устройства получили твердотельные детекторы излучения, имеющие неоспоримые преимущества перед фотопластинкой и фотоэлектронным умножителем, что позволило не только существенно сократить время анализа, но и улучшить его метрологические характеристики. В данной работе в качестве источников света использовались дуга переменного тока, создаваемая генератором ИВС-28, и лампа с полым катодом; разложение света в спектр осуществлялось спектральным прибором МФС-8, а регистрация – многоканальным анализатором эмиссионных спектров (МАЭС) на основе многокристальной сборки линеек фотодиодов (производства «ВМК-Оптоэлектроника») с цифровой обработкой спектральных данных с помощью программного обеспечения «Атом». Поскольку МАЭС производит регистрацию всего спектра (аналогично фотопластинке), но в цифровом виде, экспериментальный спектральный прибор можно назвать цифровым спектрографом. В работе изучались особенности фотодиодной регистрации (базовая и полная экспозиция, способ расчета интенсивности, особенности учета фонового излучения) и влияние ширины входной щели спектрального прибора на параметры спектральных линий и, как следствие, метрологические характеристики анализа.

Обнаружено, что при увеличении времени базовой экспозиции, в течение которого каждый отдельный фотодиод эмитирует фотоэлектроны, происходит пропорциональное увеличение интенсивностей спектральных линий и фонового излучения до тех пор, пока регистрируемый на отдельном фотодиоде сигнал не выходит за границы динамического диапазона. Таким образом, при регистрации слабых аналитических линий увеличение базовой экспозиции позволяет повысить чувствительность и снизить пределы определения, что особенно важно при анализе следовых содержаний элементов. Регистрация спектра за каждую базовую экспозицию позволяет проследить, как изменяется аналитический сигнал во времени; когда аналитическая линия исчезает раньше окончания времени экспозиции спектра (в случае быстрого выгорания элемента), в качестве времени экспонирования предпочтительно использовать только то время, в течение которого линия присутствовала в спектре, что увеличит соотношение сигнал/шум.

Поскольку ширина регистрируемых с помощью МАЭС на МФС-8 спектральных линий составляет не менее 2-3 фотодиодов, за аналитический сигнал полезно брать интегральную интенсивность, т.е. сумму интенсивностей, регистрируемых фотодиодами, приходящимися на спектральную линию, что зачастую невозможно сделать при регистрации с ФЭУ или фотопластинкой. При этом возрастает как значение самого сигнала, так и его воспроизводимость. Цифровая регистрация также дает возможность учитывать спектральные наложения мешающих линий на аналитическую, поскольку ПО «Атом» позволяет аппроксимировать каждую из них кривой Гаусса и выделить полезный сигнал.

Так как фотодиодная линейка регистрирует весь контур спектральной линии, ширина которого при этом составляет несколько фотодиодов, то появляется возможность выявить особенности влияния ширины входной щели спектрального прибора на регистрируемый спектр. Обнаружено, что увеличение ширины входной щели ведет к увеличению ширины спектральных линий и прямо пропорциональному росту их регистрируемой интегральной интенсивности. Одновременно с этим происходит уменьшение СКО и ухудшение разрешающей силы. Выявлена возможность достижения большего значения аналитического сигнала и лучшей его воспроизводимости за счет увеличения ширины входной щели в случае, когда в непосредственной близости от аналитической линии нет мешающих.

Таким образом, помимо очевидных достоинств использования фотодиодной регистрации, связанных с повышением производительности и экспрессности анализа, существуют дополнительные возможности улучшения метрологических характеристик атомно-эмиссионной цифровой спектрографии, что особенно полезно при анализе микросодержаний определяемых элементов.